粉煤灰综合利用 2011NO.3 FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 粉煤灰基地聚合物材料的研究进展 Research Advance on Fly Ash Based Geopolymer Material 施惠生12，林茂松2，郭晓璐12 (1.同济大学先进土木材料教育部重点实验室，上海201804；2.同济大学环境材料研究所，上海201804) 摘要：地聚合物(Geopolymer)是硅铝质无机原料通过矿物聚缩而生成的一种以硅铝四面体为单元的无定形三维 网状无机聚合物，兼有陶瓷、水泥、高分子材料的特点，近年来，因其可以协同处置大量固体废弃物成为新的研究热点. 本文基于地聚合物的研究发展历史，重点介绍了粉煤灰基地聚合物的原材料、激发剂、成型制度、养护制度等制备工艺技 术，并结合地聚合物的宏观性能和微观结构的研究现状，阐述了粉煤灰基地聚合物的反应机理，还进一步介绍了其在固 化重金属废弃物方面的发展前景.最后，指出了粉煤灰基地聚合物研究存在的问题及需要突破的瓶颈. 关键词：地聚合物；粉煤灰；制备；机理；重金属 中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1005-8249(2011)03-0042-05 1978年，法国Davidovits教授首次提出了地聚合其进行激发，使其中的铝硅玻璃结构发生解聚，然后在 物(Geopolymer)的概念.地聚合物是硅铝质无机原料一定条件下再聚合生成无机聚合物，从而制备出的一 通过矿物聚缩而生成的一种以离子键和共价键为主，种新型的无机胶凝材料). 范德华键为辅，由共用氧交替键合的[Si04]4和 我国是世界上最大的煤炭资源国家之一，电力工 [A10]5四面体组成的聚合铝-氧-硅酸盐无定形三维业的发展，仍然是以燃煤的火力发电为主.电煤占我 网状无机聚合物.地聚合物分子式可为：Mn(- 国煤炭消耗的50%以上，煤炭资源将在很长时期内作 (Si02) -AIO2) wH20 其中M为金属离子，n为聚合 为我国一次能源的主要支柱.燃煤过程产生大量飞 度.反应产物网络的基本结构单元有三种，分别为硅 灰，占原煤质量的15%-40%.电厂粉煤灰的年排放 铝氧链(PS)型(-Si-O-A-O-)、硅铝硅氧链(PSS)型(- 达到2亿t 累计堆存量已达25亿多t 占地面积5万 Si-O-Al-0-Si-O-)、和硅铝二硅氧链(PSDS)型(-Si-0- 公顷以上，粉煤灰已经成为我国累积堆贮量和占用耕 Al-0-Si-O-Si-0-)等.地聚合物的这种网络结构，赋 地最多的工业废弃物之一【.粉煤灰的利用既为广 予它不同于硅酸盐水泥的特点，其力学性能好，早期强 大企业解决了废弃物堆放占用场地和污染问题，又有 度高；能有效固定几乎已知有毒金属离子；低碳排 效地突破了传统水泥石灰石原料紧缺的瓶颈问题，因 放等21，在工程应用中具有较强的优越性. 此，粉煤灰基地聚合物有着巨大的发展潜力.本文介 地聚合物研究进展很快，全球已有30多个国家设 绍了粉煤灰基地聚合物在国内外的研究进展，为后续 有专门的地聚合物研究机构.30年来，地聚合物研究 研究工作提供借鉴. 经历了古代现代混凝土的比较、偏高岭土基地聚合物 1粉煤灰基地聚合物材料的制备研究 的研制、利用固体废弃物研制地聚合物的阶段.粉煤 灰的主要成分为非晶态玻璃体、石英、莫来石(3A1203 以粉煤灰为硅铝成分的主要来源，制备地聚合物 2Si02)及少量未燃烧炭.粉煤灰基地聚合物是利用 材料，前人将研究重点放在探讨激发剂的种类和掺量、 粉煤灰非晶态硅铝...
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